[发明专利]一种适用于无线传感器网络的抗干扰信道切换方法

说明书

  

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，涉及一种适用于无线传感器网络的抗干扰信道切换方法。 

  

背景技术

无线技术快速发展，在工业、办公、生活中各种无线网络无处不在。例如：在2.4GHz 的ISM频段存在IEEE802.11（WiFi）,IEEE 802.15.1（Bluetooth）,IEEE 802.15.4（ZigBee）。此外，还有一些如无绳电话、微波炉和其它设备都活跃在ISM频段。这样就产生了在同一环境下，各种网络干扰与共存的问题。 

为了解决网络间干扰与共存的问题，研究人员提出了多种多信道传输的思想。固定信道分配即在IEEE802.15.4网络中为每个接收节点分配不同的接收信道，且在工作周期内不再变化。固定信道分配算法虽然减少了IEEE802.15.4网络内部节点的干扰问题，但是当有外部的WiFi干扰时，就会导致性能迅速下降。此外，这种信道分配算法存在广播通信问题，使得网络路由生成和其它一些应用变得困难。 

因此，研究人员提出了动态信道分配机制。第一种方案是基于控制信道的跳频机制，即每次传输数据之前，发送和接收节点都跳到一个专用的信道上进行协商数据转发信道的选择。协商机制可以很容易的保证发送节点和接收节点之间的预约，但是，如果协商失败，数据就不可能传输成功。而且这个专用信道的带宽有限，会成为网络吞吐量的瓶颈。此外，当专用信道受到来自ZigBee和WiFi的严重的干扰时，这些协议就无法通信。 

鉴于以上原因，研究提出了使用伪随机算法进行跳频。他们都不再使用专用信道。每个节点使用线性同余伪随机法独立进行信道切换这样，每个节点只需知道其它节点的伪随机参数即可预测出节点在每一个周期使用的信道频率。此种方法在解决内部干扰和外部干扰问题上都起到了一定效果。 

尽管使用非控制信道伪随机跳频算法在解决内部干扰和外部干扰起到一定效果，但是我们发现这种跳频方法不能快速的跳出干扰区.而且在同一网络中内部节点间依然存在干扰。 

  

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对背景技术中所描述的目前无线传感器网络中信道切换方法存在的问题，提出了一种可降低内部节点间的传输干扰，在WiFi干扰的情况下快速传输数据 ，降低外部干扰带来性能降低的适用于无线传感器网络的抗干扰信道切换方法。   

技术方案：本发明的适用于无线传感器网络的抗干扰信道切换方法，包括以下步骤：

步骤1）根据IEEE802.11无线信道分布定义和IEEE802.15.4无线信道分布定义，将基于IEEE802.15.4的无线传感器网络信道分为四类IEEE802.15.4信道；

步骤2）从步骤1）得到的每类IEEE802.15.4信道中各抽取1个信道，组成A类信道集合，再从每类IEEE802.15.4信道的剩余信道中各抽取1个信道组成B类信道集合，以此类推，共得到A、B、C、D四类信道集合；

步骤3）通过最小重复节点协商染色法对无线传感器网络的节点进行分类，使节点与信道集合建立对应关系，从而根据节点所对应信道集合的类型，将节点区分为不同的类型，当一类信道集合对应的节点为两个或两个以上时，则该信道集合所对应节点根据最小重复原则选取起始信道；

步骤4）将每个时间超帧划分为多个时槽，再将每个时槽划分为多个子时槽，节点通过伪随机算法或查询调度表方法，在每个时槽内选取子时槽，并在选取的子时槽进行唤醒侦听；

步骤5）每个节点在每个时槽都根据所对应的信道集合和起始信道，通过拉丁方算法进行信道切换。

本发明中，步骤1）中的无线传感器网络信道分类方法为：根据IEEE802.11无线信道分布定义的三个不重叠信道对IEEE802.15.4信道的干扰情况，将IEEE802.15.4信道分为4类，分别为1类信道、2类信道、3类信道和4类信道：1类信道受到第一个IEEE802.11不重叠信道的干扰，2类信道受到第二个IEEE802.11不重叠信道的干扰，3类信道受到第三个IEEE802.11不重叠信道的干扰，4类信道为除1类信道、2类信道和3类信道以外的其他信道。 

本发明的一个优选方案中，步骤1）中，1类信道受到IEEE802.11无线信道分布定义的信道1干扰，2类信道受到IEEE802.11无线信道分布定义的信道6干扰，3类信道受到IEEE802.11无线信道分布定义的信道11干扰。 

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：